جابجايي آزاد در محفظه‌هاي نيم بيضي با نسبت شعاعي متغير به روش بولتزمن شبكه اي

Natural Convection in Semi-Ellipse Cavities with Variable Aspect Ratios using Lattice Boltzmann Method

در اين مقاله، انتقال حرارت جابجايي آزاد دو بعدي در محفظه بسته به شكل نيم بيضي با استفاده از روش بولتزمن شبكه اي مورد بررسي قرار گرفته است. عدد پرانتل برابر 71/0 و متناسب با سيال عامل هوا در نظر گرفته شده است. بررسي جريان و انتقال حرارت براي نسبت‌هاي مختلف ارتفاع به پهناي محفظه و براي اعداد رايلي104 تا 106 انجام شده است. نتايج نشان مي دهد با افزايش نسبت ارتفاع به پهنا، انتقال حرارت در اعداد رايلي پايين، كاهش و در اعداد رايلي بالا، افزايش خواهد يافت. نتايج به دست آمده از روش بولتزمن شبكه اي، با نتايج و داده‌هاي موجود، مقايسه و اعتبارسنجي شده است. نتايج نشان مي دهند روش بولتزمن شبكه اي به خوبي قادر به شبيه سازي جريان و انتقال حرارت در محفظه هاي پيچيده از اين دست است. بررسي انتقال حرارت جابجايي آزاد در محفظه نيم‌بيضي و به ويژه با استفاده از شرط مرزي مرتبه دوم روي سطوح منحني با استفاده از روش بولتزمن شبكه اي از نوآوري‌هاي اين مقاله است.

In this paper, two-dimensional natural convection heat transfer in semi ellipse cavities is investigated using lattice Boltzmann method. The Prandtl number is taken as 0.71 that corresponds to that of air. Heat transfer and flow pattern are predicted at various Rayleigh numbers ranging from 104 to 106 for different aspect ratios. By increasing of the aspect ratio, the heat transfer rate in the cavity is increased for low Rayleigh numbers, but it is decreased for high Rayleigh numbers. The obtained results of the lattice Boltzmann method are validated with those presented in the literature and show that the lattice Boltzmann method can simulate heat transfer and flow pattern in complex cavities. Analysis of heat transfer in a semi-ellipse cavity using second order boundary condition on curved surfaces is among the novelties of the present work.